拉伸法測鋼絲的楊氏模量教案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院教案首頁教師姓名劉永剛所在教研室物理教研室審批周惟公課程名稱大學(xué)實驗物理計劃學(xué)時64已完成學(xué)時20授課時間大學(xué)二年級授課班級大學(xué)二年級所有理工科本次課章節(jié)及內(nèi)容拉伸法測金屬絲楊氏模量教學(xué)目標(biāo)：1.學(xué)會測量楊氏模量的一種方法（靜態(tài)法）； 2.掌握用光杠桿法測量微小長度變化的原理（放大法 ）；3.學(xué)習(xí)用逐差法處理實驗數(shù)據(jù)。教學(xué)重點：1.掌握用光杠桿法測量微小長度變化的原理（放大法 ）；2.學(xué)習(xí)用逐差法處理實驗數(shù)據(jù)。教學(xué)難點：1.掌握用光杠桿法測量微小長度變化的原理（放大法 ）2.三水平，三垂直的操作要領(lǐng)。教學(xué)過程設(shè)計（內(nèi)容、時間、環(huán)節(jié)、方法、手段安排）

2、：一、檢查學(xué)生預(yù)習(xí)報告：內(nèi)容是否完整，表格是否正確二、教師講述引述（5分鐘） 材料受力而發(fā)生形變，在彈性限度內(nèi)，材料的強度與應(yīng)變（相對移動）之比為一常數(shù)亦彈性模量，條形物體（鋼絲）沿縱向的彈性形變?yōu)闂钍夏Ａ?，反映材料形變與內(nèi)部受力關(guān)系的物理量，是工程上常用的常數(shù)。測量方法有拉伸法、梁的彎曲法、振動法等。實驗?zāi)康模?分鐘）1.學(xué)會測量楊氏模量的一種方法（靜態(tài)法）； 2.掌握用光杠桿法測量微小長度變化的原理（放大法 ）；3.學(xué)習(xí)用逐差法處理實驗數(shù)據(jù)。實驗儀器及用具介紹（5分鐘）介紹實驗儀器的結(jié)構(gòu)原理、操作方法及使用時應(yīng)注意的要點（邊講解邊操作）楊氏模量測定儀、金屬絲、水準(zhǔn)泡、光杠桿、直尺望遠(yuǎn)鏡組、

3、螺旋測微計、直尺、鋼卷尺實驗原理分析（30分鐘）1.理解楊氏模量 2.用光杠桿測微小長度實驗內(nèi)容及步驟（15分鐘）1調(diào)節(jié)儀器裝置 2測量數(shù)據(jù)布置思考題三、學(xué)生操作，教師巡回輔導(dǎo)（120分鐘）四、檢查數(shù)據(jù)，教師簽字。中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院教案正文教學(xué)目標(biāo)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法時間/min0、實驗簡介材料受力而發(fā)生形變，在彈性限度內(nèi)，材料的強度與應(yīng)變（相對移動）之比為一常數(shù)亦彈性模量，條形物體（鋼絲）沿縱向的彈性形變?yōu)闂钍夏Ａ?，反映材料形變與內(nèi)部受力關(guān)系的物理量，是工程上常用的常數(shù)。測量方法有拉伸法、梁的彎曲法、振動法等。多媒體講述51、實驗?zāi)康?、學(xué)會測量楊氏模量的一種方法（靜態(tài)法）； 2、掌握用光杠桿

4、法測量微小長度變化的原理（放大法 ）；3、學(xué)習(xí)用逐差法處理實驗數(shù)據(jù)。多媒體講述52、實驗儀器楊氏模量測定儀、金屬絲、水準(zhǔn)泡、光杠桿、直尺望遠(yuǎn)鏡組、螺旋測微計、直尺、鋼卷尺同上3、實驗原理1、楊氏模量胡克定律：在彈性限度內(nèi)，彈性體的應(yīng)力與形變成正比，設(shè)長為l，設(shè)其長度為L，截面積為S,在受到沿長度方向的外力F的作用下伸長，則 （1）其中單位為(牛頓/平方米)。實驗證明，楊氏模量與外力、物體的長度和截面積的大小無關(guān)，只取決于被測物的材料特性，它是表征固體性質(zhì)的一個物理量。設(shè)金屬絲的直徑為，則，楊氏模量可表示為： (2) 上式表明：長度為L、直徑為d、外力相同的條件下，楊氏模量大的金屬絲伸長量小，二

5、楊氏模量小的伸長大，因而楊氏模量表示材料抵抗外力的產(chǎn)生的伸長或收縮變形的能力。由（2）可知，測量楊氏模量時，伸長量較小時，不容易測量，因而楊氏模量裝置是圍繞測量而設(shè)計的。2、用光杠桿測微小長度金屬絲砝碼金屬絲夾圖1 光杠桿的測量原理光路圖微小長度測量，需要光杠桿與望遠(yuǎn)鏡標(biāo)尺組配合使用如上圖所示，從望遠(yuǎn)鏡標(biāo)尺R發(fā)出的物光經(jīng)過遠(yuǎn)處光杠桿的鏡面反射后到達望遠(yuǎn)鏡，被觀察者在望遠(yuǎn)鏡中看到。開始時，光杠桿的鏡面處于垂直狀態(tài)，從望遠(yuǎn)鏡中看到的標(biāo)尺上的刻度讀數(shù)為。實驗中如果光杠桿的前足固定，而后足的支撐點（金屬絲夾）有與外力砝碼作用向下改變了微小長度，則光杠桿就會改變一個角度,使鏡面偏轉(zhuǎn)角度，而鏡面上的反射光

6、會相應(yīng)地改變的角度，此時觀察到的標(biāo)尺的刻度變化到了的位置。根據(jù)上圖中的幾何關(guān)系可知 式中為光杠桿后足尖到兩前足尖連線的垂直距離，為光杠桿鏡面與直尺之間的距離。由于角很小，所以 ,消去,得 (3) 將（3）式代入（2）式得 (4)，為砝碼質(zhì)量。其中，b為光杠桿臂長，為鋼絲的實際伸長量，d為金屬絲直徑，F(xiàn)為外加力，L為拉伸前金屬絲長度。共同分析設(shè)問引導(dǎo)創(chuàng)新培養(yǎng)多媒體板書講述304、實驗步驟1.調(diào)節(jié)儀器裝置1、將測定儀支架調(diào)成豎直；2、調(diào)整望遠(yuǎn)鏡標(biāo)尺及位置，調(diào)光杠桿及位置；3、從望遠(yuǎn)鏡邊“外視”，在平面鏡尋找標(biāo)尺的像；4、對準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡“內(nèi)視”調(diào)出清晰的標(biāo)尺像。2.測量數(shù)據(jù)1、儀器調(diào)好后，從望遠(yuǎn)鏡中記下

7、此時十字叉絲橫線對準(zhǔn)的標(biāo)尺刻度。2、按順序逐個增加金屬絲下端砝碼（七個），即從320g到1920g，并逐次記下相應(yīng)的十字叉絲對準(zhǔn)的標(biāo)尺刻度，再按相反順序減少砝碼，記錄相應(yīng)的標(biāo)尺刻度，用逐差法計算值。方法見數(shù)據(jù)記錄表內(nèi)。3、用鋼卷尺一次性測量D和L（讀到0.1cm）；4、用游標(biāo)卡尺一次性測量光杠桿臂長b；測量結(jié)束后將光杠桿拿下在一張紙上按下三足點測量后足點到兩前足點垂直距離。5、用螺旋測微計測量鋼絲直徑6次，求。共同分析設(shè)問引導(dǎo)創(chuàng)新培養(yǎng)多媒體板書講述105、實驗內(nèi)容1、求出楊氏模量的完整表達式（ P=95.4%）2、實驗中的光杠桿的放大倍數(shù)是多少？3、還有什么其它的方法可以測量微小的變化量，如何

8、應(yīng)用到本實驗中？多媒體板書56、注意事項1、調(diào)好實驗裝置記下初讀數(shù)后，在實驗過程中不可再移動實驗裝置，否則整個測量系統(tǒng)就被破壞，所測數(shù)據(jù)無效，實驗應(yīng)從頭做起。2、增加砝碼時，砝碼的缺口槽要交錯放置。3、加減法碼時要輕拿輕放，并待穩(wěn)定后再讀數(shù)；讀數(shù)時下壓放置望遠(yuǎn)鏡的桌面。多媒體板書講述57、思考題1.為什么金屬絲的伸長量要用光杠桿測量，而b、L、D則用鋼卷尺測量（用誤差分析說明）？ 2.為什么用逐差法處理本實驗有關(guān)數(shù)據(jù)能減小測量的相對誤差？3.是否可用作圖法求楊氏模量，如果以應(yīng)力為橫軸，應(yīng)變?yōu)榭v軸作圖，圖線應(yīng)是什么形狀？4.光杠桿、望眼鏡和標(biāo)尺所構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)調(diào)好后，為什么在實驗中就不能再移

9、動？5.材料相同，但粗細(xì)、長度不同的兩根鋼絲。他們的楊氏模量時候相同？6.如果金屬絲圓柱形活動夾和平臺圓孔間有摩擦力存在，對實驗結(jié)果將有何影響？實驗中如何減小這種影響？7.光杠桿測量微小長度變化量的原理是什么？有何優(yōu)點？共同分析設(shè)問引導(dǎo)創(chuàng)新培養(yǎng)講述思考8、實驗操作望遠(yuǎn)鏡組的調(diào)節(jié)（三水平，三垂直調(diào)節(jié)，光杠桿的位置調(diào)節(jié)）目鏡的調(diào)節(jié)物鏡調(diào)節(jié)檢查調(diào)節(jié)情況加減砝碼測量操作，數(shù)據(jù)檢查數(shù)據(jù)處理實驗小結(jié)應(yīng)用實驗設(shè)計（課下）共同分析設(shè)問引導(dǎo)創(chuàng)新培養(yǎng)多媒體板書講述1209、數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理規(guī)范，表格完整，過程，單位明確。1數(shù)據(jù)測量記錄：單位：cmL= D= b= 測鋼絲直徑數(shù)據(jù)表（單位:mm） 螺旋測微計

10、零點= 序號123456=（mm）= 測加外力后標(biāo)尺的讀數(shù)序號123456789100.001.002.003.004.005.006.007.008.009.00加砝碼時減砝碼時/=強調(diào)嚴(yán)謹(jǐn)檢查數(shù)據(jù)課下10、思考題1是否用作圖法求楊氏彈性模量，如果以應(yīng)力為橫軸，應(yīng)變?yōu)榭v軸作圖，圖線應(yīng)是什么形狀？2材料相同，但粗細(xì)長度不同的兩根鋼絲，它們的楊氏彈性模量是否相同。3光杠桿，望遠(yuǎn)鏡和標(biāo)尺所構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)調(diào)好后，為什么在實驗過程中就不可以移動？4本實驗中需要測量鋼絲原長L,鋼絲直徑d以及鋼絲伸長量L，同樣是測量的長度，實驗中確采用了米尺，千分尺以及光杠桿三種不同的儀器和方法，有的進行單次測量，有的卻要進行多次測量，試說明這樣處理的必要性。課下11、實驗小結(jié)實驗中出現(xiàn)的問題，解決的辦法，實驗結(jié)果誤差分析，